Ein gerader, an eine Batterie angeschlossener Draht kann zur Seite springen, wenn er sich zwischen den Polen eines Magneten befindet. Nichts zieht ihn in Längsrichtung des Drahtes. Der Stoß erfolgt senkrecht zum Draht und tritt nur auf, wenn Strom fließt und sich der Draht in einem Magnetfeld befindet. Dieser seitliche Stoß ist der Motoreffekt; er ist der erste Schritt auf dem Weg von der Elektrizität zur Rotation.
Man kann sich den Aufbau als drei physikalische Komponenten vorstellen, die im selben Raumbereich zusammenwirken: Es gibt ein von den Magneten erzeugtes Magnetfeld. Es gibt einen von der Batterie erzeugten elektrischen Strom im Draht. Zudem wirkt eine mechanische Kraft auf den Draht, die ihn in Bewegung versetzen kann, sofern er frei beweglich ist.
Hier sind die wesentlichen Richtungen bei einem typischen Aufbau zur Demonstration des Motoreffekts dargestellt.
Ein Magnetfeld ist ein physikalisches Feld, das angibt, wie stark Magnete an jedem Punkt im Raum auf bewegte elektrische Ladungen einwirken. Sein übliches Symbol ist , und seine SI-Einheit ist das Tesla (T). Ein größerer Wert für bedeutet bei gleichbleibendem Strom und gleicher Geometrie eine stärkere magnetische Einwirkung in diesem Bereich.
Ein elektrischer Strom ist die Rate, mit der elektrische Ladung an einem Punkt in einem Stromkreis vorbeifließt. Sein übliches Symbol ist , und seine SI-Einheit ist das Ampere (A). Strom ist nicht dasselbe wie Spannung. Die Spannung treibt die Ladung dazu an, sich durch einen Stromkreis zu bewegen. Der Strom ist die bewegte Ladung selbst, gemessen daran, welche Menge pro Sekunde vorbeifließt.
Beim Experiment zum Motoreffekt erzeugen die Magnete ein Magnetfeld im Spalt zwischen ihren Polen, und die Batterie treibt einen Strom durch den Draht in eben diesem Spalt. Das Magnetfeld muss sich nicht zeitlich ändern, damit der Draht eine Kraft erfährt; ein konstantes Feld und ein konstanter Strom genügen.
Der Strom in einem Metalldraht entsteht durch viele geladene Teilchen, die entlang des Drahtes driften. Jede bewegte Ladung erfährt eine Magnetkraft, die seitwärts – also quer zur Bewegungsrichtung und zum Magnetfeld – gerichtet ist. Der Draht besteht zwar nicht aus einer einzelnen Ladung, aber die seitwärts gerichteten Kräfte auf all diese bewegten Ladungen summieren sich und drücken gegen das Metallgitter. Deshalb kann sich das gesamte Drahtstück bewegen.
Die Ausrichtung bestimmt die Wirkung. Verläuft der Draht parallel zu den Magnetfeldlinien, kann die seitliche Kraftwirkung gegen Null gehen. Verläuft der Draht senkrecht zum Feld, ist die seitliche Kraft am größten. Dies liegt nicht daran, dass sich der Strom ändert, sondern daran, dass das Magnetfeld eine bewegte Ladung nur dann ablenken kann, wenn eine seitliche Komponente für die Ablenkung vorhanden ist.
Eine häufige Fehlvorstellung ist, dass der Magnet den Draht zum nächstgelegenen Pol hinzieht. Das erscheint intuitiv richtig, da Magnete Stahl anziehen. Hier handelt es sich jedoch nicht um eine Anziehungskraft zu einem Pol hin. Die Kraft kehrt ihre Richtung um, wenn man die Stromrichtung umkehrt, obwohl der Magnet an seiner Position verbleibt.
Vergleichen Sie, wie die Ausrichtung des Drahtes die Richtung und Stärke der Kraft verändert.